CDP-3无机胶凝材料

土木工程材料（无机胶凝材料）陈德鹏安徽工业大学继续教育学院课程掌握：胶凝材料的定义、分类；建筑石灰、石膏、水泥技术要求、性质熟悉：石灰的凝结，石膏的熟化、硬化和应用;水泥的水化、凝结了解：石灰的生产、石灰的品种本章教学目标本章内容胶凝材料及其分类建筑石膏石灰水玻璃水泥胶凝材料定义：经过一系列物理、化学作用，能由浆体变成坚硬的固体，并能将散粒或片、块状材料胶结成整体的物质。特征：严格意义上胶凝材料应指浆体；能在常温下凝结硬化为固体；有较强的胶结能力；具有一定的使用性能。Cementitousmaterials胶凝材料有机胶凝材料（树脂、沥青等）无机胶凝材料水硬性胶凝材料（水泥）气硬性胶凝材料（石灰、石膏）本章的重点二者有何区别胶凝材料分类气硬性与水硬性胶凝材料的特点气硬性胶凝材料只能在空气中硬化，并且在空气中保持和发展其强度；

关键：干燥状态下，其硬化体才有较好的性能！水硬性胶凝材料不仅能在空气中，而且能更好地在水中硬化，保持并发展其强度。关键：干燥或潮湿状态下，其硬化体均有很好的性能！石膏的组成与结构石膏的矿物组成：

CaSO4·xH2OX为结晶水H2Ox＝0，硬石膏(无水石膏)x＝0.5，熟石膏(半水石膏)x＝2，生石膏(二水石膏)石膏胶凝材料的组成：

CaSO4·0.5H2O或CaSO4

。石膏是晶体结构二水石膏晶体形貌半水石膏晶体形貌CaSO4·2H2O石膏的生产生石膏工业石膏建筑石膏(β半水石膏)高强石膏(α半水石膏)(有胶凝性的)无水石膏(无胶凝性的)无水石膏煅烧石膏(地板石膏)生产工艺与产品的组成CaSO42H2O

120~180C干燥空气125~180C水蒸气-CaSO40.5H2O-CaSO40.5H2O-CaSO4(Ⅲ)可溶-CaSO4(Ⅲ)可溶200~360C200~360C400~800C400~800CCaSO4(Ⅱ)不溶800~1180CCaSO4(Ⅰ)不溶＋CaO非密闭煅烧工艺及其产品组成密闭蒸炼工艺及其产品组成建筑石膏的凝结硬化凝结硬化过程中的水化反应：

CaSO4·0.5H2O＋1.5H2OCaSO4·2H2O＋Q

即：石膏的水化反应是由二水石膏制备半水石膏的逆反应凝结硬化机理——“溶解－沉淀理论”

溶解

沉淀

硬化半水石膏的溶解度(8.16g/L)大于二水石膏(2.05g/L)，因此，前者在水中不断溶解，生成Ca2+、SO42-离子的饱和溶液半水石膏的饱和溶液，对于二水石膏是过饱和溶液，后者不断结晶沉淀。二水石膏晶体不断生长、连生、交错，构成晶体颗粒堆聚的结晶结构网凝结硬化的物理化学过程水化初期：二水石膏晶体较少随着水化反应进行二水石膏晶体量石膏硬化体中晶体堆积体凝结硬化快硬化后体积微膨胀性硬化后孔隙率大，因此其强度较低、表观密度小、吸声性较强、吸湿性较强。耐水性与抗冻性较差防火性好但耐火性差建筑石膏的特性建筑石膏及其制品的性质建筑石膏的技术要求(GB9776－88)：密度：2.50~2.70;强度：抗折强度、抗压强度;

细度：0.2mm方孔筛筛余;

凝结时间：初凝、终凝时间;石膏硬化体及制品的特性：表观密度较小：～1.0孔隙率较大强度较低耐水性和抗冻性较差防火性较好隔热性和吸声性良好装饰性建筑石膏的应用室内抹灰及粉刷纸面石膏板装饰石膏板吸声用穿孔石膏板石膏艺术制品

石灰的组成与品种气硬性石灰

粘土杂质含量<8%的石灰石热分解物及其水化物：生石灰粉：CaO；熟(消)石灰粉：Ca(OH)2；石灰膏(浆)：Ca(OH)2、H2O；水硬性石灰粘土杂质含量＞8%的石灰石热分解物：

CaO、活性Si2O、Al2O3等煅烧石灰石或白垩,内含CaCO3温度在900℃左右时温度过高时温度过低时正火石灰欠火石灰过火石灰因煅烧温度过高使粘土杂质融化并包裹石灰，从而延缓石灰的熟化，导致已硬化的砂浆产生鼓泡、崩裂等现象碳酸钙没有完全分解，降低了生石灰的产量如何解决它的危害？石灰的生产制备工艺与产品石灰石1000～1200C磨细生石灰粉生石灰水喷淋熟石灰粉(水)化灰池石灰浆浓缩石灰膏陈伏煅烧温度较低，时间较短时

欠火石灰煅烧温度较高，时间较长时过火石灰减轻或消除过火石灰的危害水化过程中体积增大1-2.5倍，迅速放出大量热生石灰的熟化生石灰+水熟石灰工程上使用的石灰大都是熟石灰，有时需要使用石灰膏，有时使用熟石灰粉。熟化为石灰膏：将生石灰放入水中，注意水要过量池中透明液体为氢氧化钙饱和溶液，下部沉淀即为熟石灰生石灰要在水中放置两周以上，此过程即为“陈伏”。在这段时间里生石灰会完全和水反应，不会因含有过火石灰造成熟化推迟而导致墙面鼓泡的现象。熟化为熟石灰粉：将生石灰块分层堆放淋水，使石灰充分熟化，又不会过湿成团，此时得到的产品就是熟石灰粉。石灰的硬化结晶和碳化两个过程同时进行，但极为缓慢。碳化过程长时间只限于表面，结晶过程主要在内部发生。石灰的技术要求可塑性好和保水性好吸湿性好凝结硬化慢Ca(OH)2粒子表面可以吸附水膜石灰的特性和应用生石灰可以用来做干燥剂强度低体积收缩大耐水性差石灰硬化收缩产生的裂缝石灰砂浆墙面因受潮而脱落石灰的应用三合土用作铺筑步道砖的垫层三合土桩灰土桩配制石灰砂浆、石灰乳配制石灰土、三合土生产碳化石灰板加固含水的软土地基什么是水玻璃？碱金属硅酸盐的水溶液：

R2O·nSiO2+H2O其中R=Na＋、K＋什么是水玻璃的模数？

n:氧化硅SiO2与碱金属氧化物R2O的摩尔比。模数对水玻璃性能的影响模数越大，粘度与粘结力越大，耐水性越好。水玻璃的制备方法：湿法：R2O＋nSiO2+H2O水玻璃干法：R2O＋nSiO2R2O·nSiO2

R2O·nSiO2+H2O水玻璃水玻璃硬化过程水玻璃与空气中的CO2反应，生成无定型的硅酸凝胶，随着水分挥发干燥，硅酸凝胶转变成SiO2而硬化。水玻璃的促硬剂：氟硅酸钠其原理是氟硅酸钠加速水玻璃中硅酸凝胶的析出和SiO2的形成。水玻璃的特性良好的胶结能力耐热性好、不燃烧较好的耐酸性能耐水性和耐碱性差水玻璃硬化过程水玻璃溶液硅酸凝胶二氧化硅玻璃体R＋SiO4-4R＋R＋SiO4-4R＋R＋R＋R＋R＋H4SiO4H4SiO4H4SiO4H4SiO4R＋CO3＋SiO2SiO2SiO2SiO2R2CO3酸化脱水交联水玻璃在建筑上应用配制耐酸混凝土与砂浆配制耐热混凝土与砂浆配制快凝防水剂加固地基基础水泥概述什么是水泥(cement)？

水泥是以水化活性矿物为主要成分的水硬性胶凝材料。水泥的种类有哪些？水泥中的主要矿物硅酸盐系水泥铝酸盐系水泥硫铝酸盐系水泥磷酸盐系水泥硫铝酸钙硅酸钙铝酸钙磷酸钙,镁根据水泥的主要矿物成分，有：硅酸盐系水泥、铝酸盐系水泥、硫铝酸盐系水泥、磷酸盐系水泥等。什么是水泥(cement)？

水泥是以水化活性矿物为主要成分的水硬性胶凝材料。水泥的种类有哪些？水泥的特性膨胀水泥快硬水泥低热水泥抗腐蚀水泥根据水泥的主要矿物成分，有：硅酸盐系水泥、铝酸盐系水泥、硫铝酸盐系水泥、磷酸盐系水泥等。硬化时膨胀硬化速度快水化热低耐腐蚀性好根据水泥的特性，有：膨胀水泥、快硬水泥、低热水泥、抗硫酸盐水泥等。水泥概述什么是水泥(cement)？

水泥是以水化活性矿物为主要成分的水硬性胶凝材料。水泥的种类有哪些？硅酸盐系水泥硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥掺混合材硅酸盐水泥特性硅酸盐水泥根据水泥的主要矿物成分，有：硅酸盐系水泥、铝酸盐系水泥、硫铝酸盐系水泥、磷酸盐系水泥等。根据水泥的特性，有：膨胀水泥、快硬水泥、低热水泥、抗硫酸盐水泥等。硅酸盐系水泥品种硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥；掺混合材的硅酸盐水泥特性硅酸盐水泥硅酸盐水泥有PⅠ和PⅡ两类，后者含有混合材。

水泥概述水泥在土木工程中的重要作用水泥是当今产量与用量最大的土木工程材料！水泥及其砂浆、混凝土与纤维水泥等水泥基材料普遍用于各种土木工程和钢筋混凝土结构！水泥的性能和正确选用对土木工程的功能与质量至关重要！主要内容硅酸盐水泥硅酸盐水泥是怎样制造的？硅酸盐水泥的组成？水泥浆如何转变成坚硬固体？水泥应满足哪些技术性质？掺混合材的硅酸盐水泥其它品种水泥重点论述硅酸盐系水泥的矿物组成、凝结硬化机理和基本性质及其检测方法，以及硅酸盐水泥的应用。凡由硅酸盐水泥熟料、0～5％石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥(即国外通称的PortlandCement).分为：

P·Ⅰ和P·Ⅱ原料：硅质：粘土，(SiO2、Al2O3)，占1/3钙质：石灰石、白垩等，(CaO)，占2/3调节原料：铁矿与砂，调节与补充Fe2O3

与SiO2制造工艺：原料经粉磨混合后得到水泥生料生料经窑内煅烧得到水泥熟料水泥熟料＋石膏(或再＋混合材）一起经粉磨混合后得到水泥“两磨一烧”水泥生料可以是：与水混合成浆体—湿法工艺加少量水制成料球—半干法工艺加稍多水制成湿球—半湿法工艺干粉混合物—干法工艺硅酸盐水泥的生产硅质(粘土)钙质(石灰石)1450℃调节原料石膏石膏水泥生料熟料混合材水泥制造的“两磨一烧”工艺流程粉磨煅烧粉磨

原料采掘原料磨细原料混合反应物＋产物＋中间产物预热器＋回转窑产物熟料冷却熟料储存硅酸盐水泥熟料制造工艺流程硅酸盐水泥的组成硅酸盐水泥熟料

Clinkers石膏(CaSO42H2O)Gypsum混合材(矿渣或石灰石粉末)MineralAdditives各物质的作用熟料：主要胶凝物质，能水化硬化；石膏：调节水泥的凝结时间；混合材：调节水泥的强度等级；降低水泥成本必要组分熟料又是如何组成的呢？矿物名称英文名称缩写分子式矿物式硅酸三钙AliteC3SCa3SiO53CaO·SiO2硅酸二钙BeliteC2SCa2SiO42CaO·SiO2铝酸三钙AluminateC3ACa3Al2O63CaO·Al2O3铁铝酸四钙FerriteC4AFCa2(Al,Fe)2O54CaO·Al2O3·Fe2O3含量(mass%)37~6015~377~1510~18化学组成：主要成分：CaO(=C)，SiO2(=S)，Al2O3(=A)，Fe2O3(=F)少量杂质：MgO、K2O、Na2O、SO3、P2O5等。矿物组成：硅酸盐水泥熟料主要含有四种矿物：硅酸盐水泥熟料的组成水泥颗粒宏观形貌水泥颗粒的结构水泥熟料颗粒细观形貌水泥熟料矿物微观结构

硅酸盐水泥的品种及矿物含量C3S48653142C2S24114034C3A138122C4AF991215

特点：普通早强低热抗硫酸盐

ABCD

CaO66676464SiO221212223Al2O37574Fe2O33345

f-CaO1111SO32222水泥的水化和凝结硬化

水泥浆通过水泥熟料矿物的水化反应、浆体的凝结硬化过程变成坚硬固体凝结——水泥与水混合形成可塑浆体，随着时间推移、可塑性下降，但还不具备强度，此过程即为“凝结”；硬化——随后浆体失去可塑性，强度逐渐增长，形成坚硬固体，这个过程即为“硬化”。水泥浆体转变成坚硬固体的过程是一个复杂的物理化学变化过程。水泥的水化和凝结硬化水泥与水能发生化学反应——水化反应；水化反应将结合占水泥质量30％左右的拌和水；水化反应的产物——水化物能相互凝聚成三向网络结构很大的表面能，而且相互间有很强的次价键力。化学过程——水泥熟料矿物的水化反应物理过程——水泥浆的凝结硬化水泥浆凝结硬化的影响因素硬化水泥浆的组成与结构水泥熟料矿物的水化反应特征：水泥熟料颗粒中的四种主要矿物同时进行水化反应；其水化反应均是放热反应；水化反应是固－液异相反应。反应速度序列：半水石膏CaSO40.5H2O和游离氧化钙f-CaO的水化铝酸三钙C3A的水化铁铝酸四钙C4AF的水化硅酸三钙C3S的水化硅酸二钙-C2S的水化来自水泥粉磨过程中二水石膏的脱水分解：CaSO42H2OCaSO40.5H2O+1.5H2OC3S与-C2S的水化水化生成水化硅酸钙C3S2H3—C-S-H凝胶和Ca(OH)2,并放热

硅酸三钙：2C3S+6HC3S2H3+3CH+120cal/g

硅酸二钙：2C2S+4HC3S2H3+CH+62cal/g

(C-S-H)+羟钙石特征：形成相同的水化物—组成不确定的C-S-H凝胶，组成为：CaxH6-2xSi2O7.zCa(OH)2nH2O(x,z与温度、水灰比有关)其中钙硅比(C/S)：CaO/SiO2=(x＋z)/2C3S反应速度比C2S快，其放热量比C2S大。水化机理溶液中反应固相颗粒表面的局部反应。水化度％水化时间（天）溶液中的反应机理：溶解扩散沉淀离子在水中的扩散C3S表面离子水化弱化晶体中的化学键，增加pH值水化产物成核CSH析出、凝聚、脱水离开水相，形成凝胶，CH结晶生长表面局部反应机理：颗粒表面水化物层的形成与扩散水化物层在固－液界面上形成，并不断增厚颗粒表面离子的水化和水解C-S-H的成核Ca(OH)2的成核和生长C－S－H凝胶体结构水化硅酸钙的形成重新排列和凝聚后的凝胶体结构硅酸钙矿物颗粒的电镜照片硅酸钙矿物水化后的电镜照片硅酸钙矿物水化物的特征硅酸钙的水化产物——C-S-H与Ca(OH)Summary硅酸钙的水化2C3S+6HC3S2H3+3CH+120cal/g2C2S+4HC3S2H3+CH+62cal/gC-S-H+羟钙石铝酸钙的水化C3A+18H2OC2AH8+C4AH13C3AH6C3AH6+3CŜ·H2+20HC3A·3CŜ3·H32

（钙钒石）C3A+C3A·3CŜ3·H32+4HC3A·CŜ3·H12铁铝酸钙的水化C4AF+13HC4(A,F)H13

C4AF

+3CŜ·H2+26HC3(A,F)·3CŜ3·H32C4AF

+CŜ·H2+26HC3(A,F)·CŜ3·H12水泥的水化过程：当水泥颗粒分散在水中，石膏和熟料矿物溶解进入溶液中，液相被各种离子饱和；几分钟内，Ca2＋、SO4＋、

Al3＋、

OH－离子间反应，形成钙钒石；几小时后，Ca(OH)2晶体和硅酸钙水化物C-S-H开始填充原来由水占据、并溶解熟料矿物的空间；几天后，因石膏量不足，钙钒石开始分解，单硫型硫铝酸钙水化物开始形成。此后，水化物不断形成，不断填充孔隙或空隙。石膏的作用：避免水泥浆的闪凝和假凝现象;导致钙钒石和单硫型硫铝酸钙水化物的形成。水泥水溶解沉淀水泥浆的凝结硬化过程扩散水泥浆的凝结硬化——物理过程单一水泥颗粒在大量水中的水化过程模型新拌1小时后数小时后几天后几周后拌合水未水化的核水化物CSHCa(OH)2晶体水泥颗粒水水泥颗粒分散在水中形成水泥浆体硅酸盐水泥水化物理过程模型水泥水化物膜层水泥颗粒的水化从表面开始，在表面形成水化物膜层——诱导期水化物膜层随水化时间向内不断增厚，进入潜伏期。在渗透压的作用下，膜层破裂、扩展，占据原来被水占据的空间，进入凝结期。凝结期：水化物不断填充被水占据的空间，成为连续相，拌和水不断减少，并被水化物分割成非连续相。随着水泥颗粒的不断水化，水化物不断填充毛细孔和水所占据的空间，固体相成为连续相，并具有一定强度。进入硬化期。先在固－液界面发生，水化物围绕每颗水泥颗粒未水化的内核区域沉积；早期水化物在颗粒上形成表面膜层，阻碍了进一步反应——进入潜伏期；因渗透压或Ca(OH)2的结晶或二者，水化物膜层破裂，导致水化继续迅速进行——进入水化的加速期；随着水化的不断进行，水占据的空间越来越少，水化物越来越多，水化物颗粒逐渐接近，构成较疏松的空间网状结构，水泥浆失去流动性，可塑性降低——凝结；由于水泥内核的继续水化，水化物不断填充结构网中的毛细孔隙，使之越来越致密，空隙越来越少，水化物颗粒间作用增强，导致浆体完全失去可塑性，并产生强度——硬化。水泥浆凝结硬化的物理过程熟料矿物水化物量随时间的增长情况随着水泥的水化，水化产物量不断增加，水化物固相所占据的空间越来越多，而原来由水占据的空间越来越少，固体连续相逐渐形成。初始放热峰放热主峰放热速度逐渐减慢实测的水泥水化放热全曲线放热速度很低水灰比0.55的水泥浆水化1天黑色箭头指示部分水化物壳层；白色箭头指示完全水化物壳层。水泥浆凝结硬化过程的微观观察a:C3Sb:C2S

水灰比0.55的水泥浆水化9个月I,：C-S-H内产物相;A：铁相/CH;B：水化belite;白色箭头指示完全水化物壳层水泥浆中氢氧化钙的生长3天7天28天365天应用水泥凝结硬化机理分析与解答问题水泥生产中为什么掺加石膏？C3A在水中溶解度大，反应很快，引起水泥浆闪凝；水泥的凝结速度取决于水泥浆体中水化物凝胶微粒的聚集，Al3＋对凝胶微粒聚集有促进作用；石膏与C3A反应形成难溶的硫铝酸钙水化物，反应速度减缓，并减少了溶液中的Al3＋浓度，延缓了水泥浆的凝结速度。为什么水泥硬化后能产生强度？水泥浆体硬化后转变为越来越致密的固体；在浆体硬化过程中，随着水泥矿物的水化，比表面较大的水化物颗粒不断增多，颗粒间相互作用力不断增强，产生的强度越来越高。水泥浆体强度的增长规律是什么？

水泥浆体的强度随龄期而逐渐增长，早期增长快，后期增长较慢，但是只要维持一定的温度和湿度，其强度可在相当长的时期内增长。这与水泥矿物的水化反应规律是一致的。为什么强度发展与环境温、湿度有关？

水泥的水化需要水，如果没有水，水泥的水化就将停止；提高温度可加快水泥的凝结硬化，而降低温度就会减缓水泥的凝结硬化。为什么水泥的储存与运输时应防止受潮？

水泥受潮，因表面水化结块，丧失凝胶能力，强度大为降低。

应用水泥凝结硬化机理分析与解答问题（1）水泥矿物组成（2）水泥细度（3）养护条件（温度、湿度）与时间（4）拌合用水量（5）水泥中的混合材（6）水泥外加剂水泥凝结硬化的主要影响因素

水泥浆的凝结硬化取决于水泥的水化，水泥水化速度是矿物组成及其含量、粉磨细度、温度和水灰比的函数：

R(t)=f(C3S)·f(细度)·f(T)·f(W/C)水泥熟料中单一矿物的水化速度水化度(％)时间(天)水泥熟料矿物组成的影响水泥熟料矿物的水化速度：

C3A＞C3A＋CaSO42H2O＞C3S~C4AF＞C2S水泥的C3A和C3S含量越高，凝结硬化速度越快；水泥的C3A和C3S含量越低，凝结硬化速度越慢；石膏掺量的影响石膏主要降低C3A的水化速度；掺量太少，凝结较快；过多，凝结硬化影响不大。石膏掺量对C3A浆体(水/固比＝1.0)水化速度(放热量)的影响放热速度(W/kg)试时间(h)石膏掺量增加：放热速度减慢放热峰延后石膏掺量对C3A与硅酸钙浆体初凝时间的影响石膏掺量增加，凝结硬化加快；掺量达到一定后，再增加，影响不大。水泥颗粒细度的影响水泥颗粒越细，水化速度越快，为什么？答：水泥的水化反应是液－固异相反应，反应首先发生在液－固界面上；水泥颗粒越细，比表面积越大，界面区越大，反应点越多，因此水化速度越快。比表面积m2/kg放热速度时间/小时细度(比表面积)对C3S浆体(水/固比＝1.0)水化速度(放热量)的影响水泥浆比表面积与水化度随时间的关系水化度(%)比表面积(m2/cm3)水泥细度FinenessofCement粒径：<3µm水化非常迅速，需水量增大；

<40µm水化较慢，内芯难以水化。

>90µm几乎接近惰性。温度与湿度的影响温度升高，水化反应加快，凝结硬化加速，为什么？温度升高10C，速度加快一倍。温度低于0C时，水化反应基本停止。保持一定湿度，有利于水泥的水化。温度升高，放热速度加快，诱导期时间缩短拌和用水量的影响重要概念：水灰比—水泥浆体中拌和水量与水泥质量之比(W/C)；水泥熟料矿物完全水化的理论水灰比＝0.23；水灰比越大，需要水化物固相填充的孔隙越多，凝结硬化所需时间越长；水灰比越大，水泥石中孔隙越多，强度越低。未水化水泥毛细孔水泥凝胶体积比水灰比长时间放置在水中的水泥浆体水化最终生成物SummaryC3S、C3A含量多，凝结硬化快，反之亦然。掺加混合材，熟料减少，凝结硬化速度减慢。有些化合物可以使水泥浆体促凝或缓凝。

细度越小，水化反应越快，凝结硬化越快。

水灰比越大，浆体需填充的孔隙越多，凝结硬化速度越慢。提高温度，加快水泥的凝结硬化；保持足够的水分有利于水泥的凝结硬化

问题？水泥凝结硬化速度快，有什么不利影响？答：水化加快，放热速率加速，升温并膨胀，凝结硬化形成的微结构体积较疏松，且在随后的降温期间，或受干燥环境作用收缩变形时产生大量微裂缝，致使结构混凝土强度与渗透性（耐久性）受到严重影响。水泥宜在什么条件下凝结硬化？答：水泥宜在常温(20±10C)与相对湿度较高的条件下，凝结硬化。即水泥水化速度适宜的温度，水化所需水分供应充足的条件。硬化水泥浆体—水泥石的组成水泥石的组成固相—水泥水化物与未水化的水泥颗粒胶体相：水化硅酸钙C-S-H凝胶和铁相凝胶等；晶体相：硫铝酸钙水化物、水化铝酸钙与氢氧化钙晶体等；气相—各种尺寸的孔隙与空隙凝胶孔毛细孔工艺空隙液相—水或孔溶液自由水吸附水凝胶水水泥石的组成随水泥水化度而变硬化水泥浆体—水泥石的微结构水泥浆体凝结硬化后形成的固体称为水泥石水泥石微结构特点多物相固体颗粒堆聚的多孔结构体；各种物相分布不均；各种物相的尺寸不等，形貌不一。由水化物(胶体和晶体)颗粒、未水化的水泥颗粒内核相互聚集形成连续固体颗粒堆聚结构，大小不等的凝胶孔和毛细孔分布其中。水化良好的水泥石微结构：“A”代表结晶性差、胶体尺寸(1~100nm)的C-S-H堆聚体，颗粒间隙尺寸0.5~3.0nm；“H”代表六方晶体相，尺寸为1m；“C”代表没有被水化物填充，原来由水占据的毛细孔隙或空隙，尺寸在10nm~m。硬化水泥浆体中水化物固相的分布固体相含量(％)C3AH6时间(天)C-S-H水泥石中的固体水泥石中的孔隙C-S-H凝胶中的层间孔隙——凝胶孔gelpores尺寸=5～25Å含量：约占C-S-H凝胶的28%对强度和抗渗性无害，对干缩和徐变有一定影响毛细孔CapillaryVoids尺寸＞50nm，与水灰比有关对强度和抗渗性有害，对干缩和徐变有重大影响空隙AirVoids夹杂的空气泡:~3mm引入的空气泡:50～200m对强度和抗渗性非常有害黑色代表孔隙水蒸气大的孔隙部分被水填充，剩余空间是与环境温、湿度和压力平衡的水蒸气。毛细孔水—毛细孔和大的凝胶孔中的水孔径＞50nm的孔隙中的水—自由水孔径＜50nm的孔隙中的水—毛细张力水吸附水固体表面吸附的水，5个水分子层，厚度1.3nm，干燥到30％的相对湿度，可失去。层间水小于2.6nm的凝胶孔中的水，强干燥到10％相对湿度时，可失去。化学结合水水泥水化反应所结合到水化物中的水，只有加热到900~1000C才会失去。化学结合水量可用于测定水泥水化度。

水泥石中的水(105C)可蒸发水(105C)不可蒸发水硅酸盐水泥应满足哪些技术性质密度与堆积密度细度标准稠度用水量凝结时间体积安定性强度水化热不溶物和烧失量碱含量耐腐蚀性软水侵蚀盐类侵蚀酸类腐蚀强碱腐蚀防腐措施1.密度与堆积密度密度

3.05~3.20，混凝土配合比计算时，一般取3.10。堆积密度

1000~1600kg/m3，在工地计算水泥仓库时，一般取1300kg/m3

。密度的测量方法排液法，用煤油作为测量液体。

2.细度定义细度是指水泥粉体的粗细程度。测量方法筛分析法以80m方孔筛的筛余量表示；比表面积法以1kg水泥颗粒所具有的总表面积来表示。国标要求硅酸盐水泥的比表面积应大于300m2/kg。普通水泥80m方孔筛的筛余量不得超过10.0%。细度不符合要求的水泥为不合格品！问题：为什么需要规定水泥的细度？解答：水泥颗粒细度影响水化活性和凝结硬化速度，水泥颗粒太粗，水化活性越低，不利于凝结硬化；虽然水泥越细，凝结硬化越快，早期强度会越高，但是水化放热速度也快，水泥收缩也越大，对水泥石性能不利；水泥越细，生产能耗越高，成本增加；水泥越细，对水泥的储存也不利，容易受潮结块，反而降低强度。3.标准稠度用水量

标准稠度：

按规定的方法拌制的水泥净浆，在水泥标准稠度测定仪上，试锥下沉（282）mm时的水泥净浆的稠度。

标准稠度用水量：

是指水泥净浆达到标准稠度时所需要的水量，用水与水泥质量的比来表示。硅酸盐水泥的标准稠度用水泥量一般在21%~28%。

试锥下降高度（282）水泥浆试锥4.凝结时间

概念：

凝结时间—水泥加水开始到水泥浆失去流动性，即从可塑性发展到固体状态所需要的时间。初凝时间从水泥加水拌和到水泥浆开始失去可塑性所需的时间；终凝时间从水泥加水拌和到水泥浆完全失去可塑性，并开始具有强度所需的时间。测定方法：用标准稠度的水泥净浆，在规定的温湿度下，用凝结时间测定仪来测定。国标要求：硅酸盐水泥初凝时间≥45min；终凝时间＜390min。水泥凝结时间的测定标准稠度水泥浆离底1～2mm为初凝园弧形压痕终凝

国标规定：凡初凝时间不符合规定的水泥为废品；终凝时间不符合规定的水泥为不合格品。为什么？答：水泥凝结时间的规定是为了有足够的时间进行施工操作和硬化的混凝土质量；初凝时间太短，来不及施工，水泥石结构疏松、性能差，水泥无使用价值，即为废品；终凝时间太长，强度增长缓慢，也会影响施工，即为不合格品。5.体积安定性

基本概念：水泥凝结硬化过程中，体积变化是否均匀适当的性质称为体积安定性。若水泥石的体积变化均匀适当，则体积安定性良好；若水泥石发生不均匀体积变化：翘曲、开裂等，则水泥的体积安定性不良。体积安定性不良的水泥为废品！水泥体积安定性不良的原因：水泥熟料中含有过多的游离CaO、MgO和石膏。因为水泥熟料中的游离CaO、MgO都是过烧的。水化速度很慢。在已硬化的水化石中继续与水反应，其固体体积增大1.98%和2.48倍。产生不均匀体积变化，造成水泥石开裂、翘曲。石膏量过多，在水泥凝结硬化后，会有钙钒石形成，产生膨胀。试饼法雷氏夹法合格标准：＜5mm。肉眼观察表面有无裂纹用直尺检查有无弯曲合格标准：无裂纹、无弯曲。试饼法用标准稠度的水泥净浆做成试饼，在水中经恒沸3h后，用肉眼观察没有裂纹，用直尺检查没有弯曲，则体积安定合格，反之，体积安定性不合格。雷氏夹法测量雷氏夹中的水泥净浆，经沸煮3h后的膨胀值。该值不大于5.0mm时，则体积安定性合格，否则，为体积安定性不合格。6.强度

检验方法——软练胶砂法，分别测量抗压强度和抗折强度。试件尺寸：4040160mm 棱柱体；胶砂配比：水泥:ISO标准砂:水=1:3:0.5；振动成型：在频率为2800~3000次/min，振幅0.75mm的振实台上成型。振动时间120s。试件养护：在20C1C，相对湿度不低于90%的雾室或养护箱中24h，然后脱模在20C1C的水中养护至测试龄期；100mm160mmP抗折强度试验PP抗压强度试验强度测量：将试件从水中取出，先进行抗折强度试验，折断后每截再进行抗压强度试验。受压面积为4040=1600mm2。结果计算：抗折强度以三个试件的平均值，抗压强度以六个试件的平均值。根据3天和28天强度测试结果，将水泥强度划分若干个强度等级

强度等级3d28d时间（d）强度（MPa）水泥强度发展规律问题：为什么水泥强度检验方法要规定试件尺寸、试件配比、养护条件、养护时间等？

解答：水泥胶砂试件的强度与水泥的组成、试件的水灰比和砂灰比、水泥的水化程度，以及试件的大小有关，而水泥的水化程度与养护条件和养护时间有关；水泥强度检验目的是检验具有确定组成的水泥的强度，因此，为排除其它因素的影响，将这些因素统一规定，以便相互比较。7.水化热

概念：水泥的水化是放热反应，放出的热量就是水化热。放热特征：水泥放热过程可持续很长时间，但大部分在3d内释放。水化热的益处与危害：水化热有利于水泥的快硬，尤其是在冬天施工，但如果水化热发散不均匀，容易在混凝土中引起裂缝，尤其是大体积混凝土，更是如此。水化热和放热速度的影响因素：水泥矿物组成水泥细度

水泥质量的判定

技术性质不符合要求细度不合格品凝结时间（初凝）废品（终凝）不合格品体积安定性废品强度不合格品或降低等级不溶物和烧失量不合格品8.

水泥的耐腐蚀性基本概念：在使用环境中，硅酸盐水泥石受某些腐蚀性介质的作用，其组成和结构会逐渐发生变化或受到损害，导致性能改变、强度下降等。水泥石抵抗这种作用、而保持不变的能力称为其耐腐蚀性。

水泥石腐蚀性破坏外因：

环境中腐蚀性介质，如：软水；酸、碱、盐的水溶液等水泥石腐蚀性破坏内因：水泥石内存在原始裂缝和孔隙，为腐蚀性介质侵入提供了通道；水泥石内有在某些腐蚀性介质下不稳定的组分，如：Ca(OH)2，水化铝酸钙等；腐蚀与毛细孔通道的共同作用加剧水泥石结构的破坏

软水侵蚀（溶出性侵蚀）

机理：当水泥石处在软水中，软水能使水泥石中的Ca(OH)2溶解，并溶出水泥石，留下孔隙；另一方面，水泥石中游离的钙离子的减少，使钙离子的浓度低于水化物的溶度积，导致水化物分解、溶失和转变，产生大量孔隙。尤其是处于压力水或流水条件下，腐蚀越快。破坏形式：水化物的分解、溶失，造成水泥石密实度下降，孔缝增多、强度降低，直至整体破坏。

盐类腐蚀

硫酸盐的腐蚀腐蚀机理：硫酸盐与水泥石中的氢氧化钙反应，生成硫酸钙。硫酸钙再与水泥石中未水化的铝酸钙反应，生成钙矾石，其体积增加2.22倍，引起水泥石的破坏。当硫酸钙浓度高时，他们可直接结晶，造成膨胀压力，引起破坏。镁盐的腐蚀

腐蚀机理：主要是硫酸镁和氯化镁，他们与氢氧化钙反应，生成氢氧化镁和硫酸钙或氯化钙，造成双重腐蚀作用。

钙矾石水泥石受硫酸盐侵蚀后，内部形成膨胀性结晶产物水泥石受硫酸盐侵蚀后，因膨胀性结晶产物引起的开裂酸类腐蚀

腐蚀机理：水泥石中的水化物都是碱性化合物，与碳酸、盐酸、硫酸、醋酸、蚁酸等酸反应生成可溶性盐。另一方面，氢氧化钙浓度的降低，会导致水泥石中其它水化物的分解，使腐蚀作用加剧。破坏形式：溶失性破坏，组成与结构发生很大改变。

水泥石受酸腐蚀后，表面溶失、脱落强碱腐蚀腐蚀机理：氢氧化钠、氢氧化钾等强碱可与水泥石中的铝酸钙矿物或水化物反应，生成可溶性铝酸盐。当介质中强碱浓度较高是，会造成水泥石的严重破坏。水泥耐蚀性的定量表示

——耐蚀系数同龄期下，水泥试件在侵蚀性溶液中养护的强度与在淡水中养护的强度之比。防止水泥石腐蚀的措施

主要针对引起腐蚀破坏的内因采取措施，根据使用环境条件，选用水泥品种，降低水泥石中不稳定组分的含量；提高水泥石的密实度，减少腐蚀性介质的通道，如降低水灰比、掺加外加剂等；表面防护处理，堵塞通道如：防腐涂层。

问题？降低水泥石中Ca(OH)2的含量，对水泥的耐腐蚀性有什么作用？为什么？

答：降低水泥石中Ca(OH)2的含量，可以提高水泥的抵抗化学腐蚀和软水腐蚀的能力。因为，化学和软水腐蚀与水泥石中的氢氧化钙密切相关。Summary物理力学性能密度强度体积稳定性细度水化热耐久性能软水腐蚀盐类腐蚀酸类腐蚀强碱腐蚀为了满足土木工程应用的要求，水泥需具备三方面的性能施工性能凝结时间标准稠度用水量掺混合材的硅酸盐水泥品种硅酸盐水泥熟料＋石膏＋＋＋＋＋6~15%混合材普通硅酸盐水泥20~70%矿渣矿渣硅酸盐水泥20~50%火山灰火山灰硅酸盐水泥20~40%粉煤灰粉煤灰硅酸盐水泥16~50%两种混合材复合硅酸盐水泥掺混合材硅酸盐水泥的凝结硬化和性能与所掺混合材的种类与掺量密切相关！掺混合材水泥的代号

水泥品种组成特点代号普通水泥6％～15％的混合材P·O矿渣水泥20～70％矿渣P·S火山灰水泥20～50％火山灰P·P粉煤灰水泥20～40％粉煤灰P·F复合水泥15～50％两种混合材P·C石灰石水泥11％～25％的石灰石P·L一、水泥混合材

定义：在水泥生产过程中，为改善性能、调节强度等级所加入的天然或人工矿物材料，均称为水泥混合材料。种类：活性非活性两类作用：在水泥中主要其填充作用，调节强度等级、节省能源、降低成本、增加产量、降低水化热等。1.非活性混合材定义：与水泥矿物成分或水化产物不发生化学反应或化学反应很弱的混合材，为非活性混合材。常见的有：磨细石英砂；石灰石粉；粘土；慢冷矿渣2.活性混合材定义——具有水化活性的混合材。活性组分：SiO2、Al2O3常用品种：粒化高炉矿渣—炼钢铁的废料火山灰质粉末—天然岩石和人工煅烧物粉煤灰—火电厂的废料3.活性混合材的作用火山灰反应：

xCa(OH)2+SiO2+mH2O=xCaOSiO2nH2O

xCa(OH)2+Al2O3+mH2O=xCaOAl2O3nH2O稀释作用减少水泥中熟料矿物含量，降低水化热；减少水泥石中Ca(OH)2的含量。超细粉末的密实填充效应活性矿物粉磨颗粒与石灰的反应3d7d49d182d掺加粉煤灰的水泥的水化热掺加粉煤灰的水泥石中Ca(OH)2的含量矿渣掺量对硬化水泥浆中Ca(OH)2的影响二、活性混合材水泥的共性密度较小2.70～3.10。早期强度较低，后期强度增长率高。对养护温湿度敏感，适合蒸汽养护。水化热较小。耐腐蚀性较好。抗冻性、耐磨性不及硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥。三、活性混合材水泥的特性矿渣水泥：保水性差，泌水性大，干缩较大，耐热性较好。火山灰水泥：易吸水，易反应，结构较致密，抗渗性和耐水性较好，体积收缩较大，抗硫酸盐能力较差。粉煤灰水泥：吸水能力弱，需水量较低，干缩性较小，结构致密，抗裂性较好。复合水泥：取决于所掺的混合材种类。问题